复合材料三维有序多孔负泊松比结构设计制备及性能表征与评价

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11672085
项目类别：
面上项目
资助金额：
82.0万
负责人：
马力
依托单位：
哈尔滨工业大学
学科分类：
A0807.复合材料与结构力学
结题年份：
2020
批准年份：
2016
项目状态：
已结题
起止时间：
2017-01-01 至2020-12-31

项目参与者：
杨金水；王信涛；王东炜；史齐；亓歌；吴倩倩；李晓文；马国林；
关键词：
多孔材料力学性能负泊松比材料与结构制备工艺

项目摘要

There is great interest in the research of 3D periodic auxetic cellular structures for their attractive potential applications. However, they usually consist of intricate geometries which make the fabrication of them a significant challenge. Less effort has been devoted to this field and minor progress has been made till now. As such, the manufacturing process has been a bottleneck in the practical development towards applications. The present project is focused on the design, manufacture and mechanical properties of 3D periodic auxetic cellular structures. The contents of present project are as following. Multi-objective optimization design of 3D periodic auxetic cellular structures will be studied firstly; then a high quality and low expense manufacturing method different with the additive manufacturing methods mainly used before will be proposed to fabricate the 3D periodic auxetic cellular structures; the mechanical properties and failure mode will be studied by using theoretical, numerical and experimental method then; vibration and energy absorption of 3D periodic auxetic cellular structures will be investigated last. This project may provide some necessary theoretical supports and technical reserve for the application of 3D periodic auxetic cellular structures in engineering field.

有序多孔负泊松比结构具有独特的力学性能和优异的可设计性，在诸多工程领域都有广泛的应用前景，但复杂的制备工艺和较低的刚度（强度）性能制约了其应用。本项目以深空探测航天器着陆缓冲机构为应用背景，开展复合材料有序多孔负泊松比结构的设计、制备以及性能表征相关研究。研究内容包括：根据典型载荷要求，结合复合材料设计理论，提出复合材料有序多孔负泊松比结构的优化设计理论与方法，得到此类结构泊松比与刚度（强度）的协同设计方案；提出有别于快速成型工艺的低成本高可靠的工程化三维有序多孔负泊松比结构的制备工艺，突破这类结构应用的瓶颈；研究三维有序多孔负泊松比结构的变形机理及其破坏模式，给出相应的理论预测并加以验证；研究三维有序多孔负泊松比结构的振动特性和能量吸收及阻尼性能，为其工程应用奠定理论基础。研究成果可为复合材料三维负泊松比结构的工程应用提供必要的理论依据和技术储备。

结项摘要

有序多孔负泊松比结构具有独特的力学性能和优异的可设计性，在诸多工程领域都有广泛的应用前景，但复杂的制备工艺和较低的刚度（强度）性能制约了其应用。本项目以深空探测航天器着陆缓冲机构为应用背景，开展复合材料有序多孔负泊松比结构的设计、制备以及性能表征相关研究。提出了复合材料有序多孔结构负泊松比效应与高刚度的协同设计方法，建立了结构变形响应的精确预报模型，揭示了结构的变形机制和结构等效泊松比的变化规律；提出了嵌锁组装和堆叠组装制备方法，实现了高性能复合材料三维负泊松比结构的制备；建立了基于模态应变能法的复合材料负泊松比结构阻尼预报模型，阐明了结构的阻尼耗能机理，给出了几何和物理参数对其振动阻尼特性的影响规律，为设计新型结构阻尼一体化结构材料提供理论依据和技术储备；利用结构多稳态跳变机制，设计了具有形状可重构特性和变刚度、变强度的可调缓冲吸能特点的变泊松比多孔结构，获得了其变形机制并揭示了该类结构的缓冲吸能机理；将可调控泊松比结构的设计思想扩充到可调控热膨胀结构设计中，设计制备了一系列具有可控热膨胀的多稳态零泊松比机械超材料，可以通过单一结构的稳态跳变实现大范围的正负零热膨胀系数。研究成果可为复合材料三维负泊松比结构的工程应用提供必要的理论依据和技术储备。.课题圆满完成了既定的计划任务、实现了预期研究目标。迄今为止，本课题共发表学术期刊论文17篇，会议论文3篇。通过课题研究培养博士生7人，硕士生3人。